全面解读钳位电路原理，二极管钳位电路核心要点

在电子电路领域，钳位电路是一种重要的电路类型，它在信号处理等方面发挥着关键作用。本文将深入解释箝位电路的工作原理，介绍不同钳位电路（如正负钳位器）的工作原理，同时给出电路图和波形进行详细说明。

钳位电路主要用于将信号的正峰值或负峰值置于所需电平，其本质是通过在输入信号中添加或减去直流分量来实现这一目的。钳位器也被称为 IC 恢复器和交流信号电平转换器。在一些实际应用场景中，例如电视接收器，当信号通过电容耦合网络时，会失去其直流分量。此时，就需要使用钳位电路将直流分量重新建立到信号输入中。尽管传输中损耗的直流分量与通过钳位电路引入的直流分量可能不同，但确定正或负信号偏移的极端程度在某个参考电平下的必要性是非常重要的。

钳位电路的类型

箝位电路将正极或负极直流分量添加到输入信号中，以便将其推到正极（如图（a）所示）或负极（如图（b）所示）。

正向夹紧器

当信号被电路向上推时，该电路将称为正钳位器。当信号向上移动时，如图（a）所示，信号的负峰值与零电平重合。

负极钳位

当信号被电路向下推时，该电路将称为负钳位器。如图（b）所示，当信号被推到负侧时，输入信号的正峰值与零电平重合。

二极管箝位电路的工作原理

对于钳位电路而言，至少需要三个基本元件，即二极管、电容器和电阻器。有时还需要独立的直流电源来引起额外的偏移。关于钳位电路，有几个要点需要注意：

（1） 波形的形状相同，但其电平向上或向下移动。

（2） 波形的峰峰值或均方根值不会因箝位电路而发生变化。因此，输入波形和输出波形将具有相同的峰峰值，即最大2V。如上图所示。还必须注意的是，在交流电压表中，输入电压和钳位输出电压的读数相同。

（3） 波形的峰值和平均值会发生变化。在上图中，输入波形的峰值为Vmax，整个周期的平均值为零。箝位输出在 2 V 最大值和 0（或 0 和 -2V最大值）之间变化。因此，箝位输出的峰值为最大2V，平均值为V最大值。

（4） 电阻R和电容C的值会影响波形。

（5） 电阻R和电容C的值应根据电路的时间常数方程t = RC确定。这些值必须足够大，以确保电容C两端的电压在二极管不导通的时间间隔内不会发生显著变化。在良好的钳位电路中，电路时间常数t = RC应至少是输入信号电压时间段的十倍。

首先考虑二极管正向偏置的条件是有利的。

箝位电路通常用于电视接收器中作为直流恢复器。发送到电视接收器的信号在通过容性耦合放大器后可能会丢失直流分量。因此，信号会失去其黑白参考电平和消隐电平。在将这些信号传递到显像管之前，必须恢复这些参考电平。这是通过使用钳位电路完成的。它们还应用于存储计数器、模拟频率计、电容计、分频器和楼梯式波形发生器。

考虑负箝位电路，该电路将原始信号垂直向下移动，如下图所示。当施加输入信号时，二极管D将正向偏置，电容C以所示的极性充电。在输入的正半周期内，输出电压将等于二极管的势垒电位V0，电容器充电至（V – VQ）。在负半周期内，二极管变为反向偏置并充当开路。因此，对电容器电压没有影响。电阻R的值非常高，在输入波形的负部分不能对C放电很多。因此，在负输入期间，输出电压将是输入电压和电容电压之和，等于 – V – （V— V 0） 或 – （2 V – V0）。峰峰值输出的值将是负峰值电压电平和正峰值电压电平的差值等于V 0-［-（2V-V0）］或2 V。

正箝位电路可以通过重新连接极性反转的二极管来实现，它会沿垂直向上移动原始信号。正箝位电路与负钳位器的主要区别在于二极管的极性相反，关于电路工作的其余说明与负钳位器的解释相同。

在分析钳位电路时，我们可以通过观察二极管箭头的方向来判断信号的直流电平移动方式。当二极管箭头指向上方时，我们有一个正直流钳位器；当二极管指向下方时，电路是负直流钳位器。

对于许多钳位电路，它们的输入和输出信号可以是方波，正弦输入也可以使用相同的分析程序。事实上，分析具有正弦输入的钳位网络的一种方法是用具有相同峰值的方波替换正弦波信号，然后生成的输出将形成正弦响应的包络。

钳位电路的应用

钳位电路在多个领域都有广泛的应用。例如，在声纳和雷达测试中可以发现其身影；它还可以用作倍压器；在电路中，钳位电路可用于消除失真；在电视等视频处理设备中，钳位电路也发挥着重要作用。

总之，钳位电路在电子系统中具有重要的地位，深入了解其原理和应用对于电子工程师来说是非常必要的。